[发明专利]直升机释放吊挂后回稳最优操纵的求解方法

说明书

本发明为了解决有人直升机在不同飞行状态下释放吊挂后，通过驾驶员怎样的操纵使直升机回到稳定状态的问题，提供了一种直升机释放吊挂后回稳最优操纵的求解方法，把轨迹优化方法应用到了该问题上，解算出了吊挂释放后回稳的最优操纵时间历程，驾驶员可参照得到的结果使直升机回到稳定状态。本发明利用轨迹优化方法研究了吊挂释放后的回稳过程，得到了可以给驾驶员提供明确的操纵策略指导，比基于自动控制律方法更加适用于实际情况和有人直升机，提高了吊挂释放任务的安全性。

技术领域

本发明涉及飞行力学领域，具体是一种直升机释放吊挂后回稳最优操纵的求解方法。

背景技术

吊挂飞行是直升机特有的货物运输方式，在精准投放任务中，如果直升机受到特殊环境限制，卸载货物作业不能着陆，就需要释放吊挂物。由于卸载时间几乎在瞬间完成，吊索对直升机的作用力瞬间消失，此时直升机处于非平衡状态，需要快速且平滑地使直升机回到稳定飞行状态。

技术措施：

目前关于直升机释放吊挂后回稳的研究主要集中在自动控制律设计，且针对的是小型无人飞行器或者固定翼飞机。

Lee,C.-T.,andTsai,C.-C.,Adaptive backstepping integral control of asmall-scale helicopter for airdrop missions,Asian J Control 2010；12(4):531–541中设计了小型直升机吊挂物释放后的增稳和轨迹跟踪控制律；

Chen,J.,and Shi Zhongke,Flight Controller Design of TransportAirdrop,Chinese J Aeronaut2011；24(5):600–606中针对固定翼飞机的空投任务设计了考虑飞机重量变化的控制律；

Sadeghzadeh,I.,Abdolhosseini,M.,and Zhang,Y.,Payload Drop ApplicationUsing an Unmanned Quadrotor Helicopter Based on Gain-Scheduled PID and ModelPredictiveControl,UnmannedSystems2014；2(1):39–52中针对四旋翼飞行器设计了吊挂物释放后的控制律。

现有技术中，先进控制律的采用都取得了非常好的效果，在吊挂物释放后，飞行器都能快速回到稳定状态。但如果将这些控制律移植到有人直升机上，一方面会导致释放了大重量吊挂物后，不需要进行人为操纵就能够保持平衡，这一点与驾驶员直觉相违背；另一方面由于有人直升机的控制器权限通常是受限的，可能出现控制器饱和，因此有人直升机吊挂释放后的操纵必须是由驾驶员的操纵占主导的，因而对驾驶员的驾驶水平提出了很高的要求，也就带来了高额的训练成本和额外的飞行风险，因此需要一种能够降低驾驶员驾驶水平需求的方法，但现有技术中尚无这方面的研究。

发明内容

本发明为了解决有人直升机在不同飞行状态下释放吊挂后，通过驾驶员怎样的操纵使直升机回到稳定状态的问题，提供了一种直升机释放吊挂后回稳最优操纵的求解方法，把轨迹优化方法应用到了该问题上，解算出了吊挂释放后回稳的最优操纵时间历程，驾驶员可参照得到的结果使直升机回到稳定状态。

轨迹优化方法常用来解决大机动过程中的驾驶员操纵的实际问题，但对于吊挂释放后回稳操纵这一实际问题，未曾有人构建过该实际问题对应的最优控制问题，而由于吊挂释放涉及到直升机和吊挂物两个系统，与只涉及一个系统的传统轨迹优化问题不一样，因此本发明将针对这一新问题进行对应的最优控制问题的构建并求解。

本发明提供了一种直升机释放吊挂后回稳最优操纵的求解方法，包括以下步骤：

1)建立直升机吊挂飞行动力学模型，将系统模型记为：